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什么是离心风机锥前盘

关键词:离心风机    发布时间:2014-01-06    点击数:972

0 引言
离心风机叶轮在气动设计时,叶轮前盘 形状的选择是很重要的。由于叶轮进口 气流是由轴向转为径向,又不断地进行 扩压,如果设计不当,很容易导致叶轮内 流动分离。长期以来,传统观点一直认为 弧前盘的风机性能比锥前盘好,因为弧 前盘的一段圆弧可使气体的流动缓慢、 光滑[1-3],而且国内外很多高性能离心通 风机大都这样设计。但是,随着近年来风机的需求向大型化发展,弧前盘比锥前 盘加工难度更大、成本更高。近年来,笔 者发现有些锥前盘后向离心通风机能达 到 85%以上的整机全压效率,为此,我们 利用整机湍流流动数值模拟和性能优化 预估[4-6]的计算技术来重新研究锥前盘的 流动性能。文中对 3 个高性能后向离心 通风机,采用锥前盘和弧前盘分别进行 整机性能数值预估对比,期望能对锥前 盘有新的认识。 1 弧前盘改锥前盘的方法
将弧前盘改为锥前盘时,锥前盘下 方实际上还都保留一个小圆弧,对于 8 号叶轮约为 30~40mm,就是现在锥前盘 的 RC,它比原来弧前盘的圆弧半径 RC 小 很多,方便成型,相应地锥前盘的进风口 圆弧半径 RCO 也比弧前盘的 RCO 要小。在 保持叶轮进出口直径和宽度相同的条件 下,得到相应的锥前盘锥角 γ,这样相应 的锥前盘就得到了,见图 1。

由于前盘形状改变,相应的锥前盘叶轮的叶 片型线,也要按弧前盘叶轮生成等当量扩张角 的叶片型线。这样得到的锥前盘叶轮和原弧前 盘叶轮的其它叶轮参数,如进出口直径、进出口 宽度和进出口角均相同,具有可比性。 2 5-55- 8 风机性能数值预估对比 2.1 5- 55 基本设计参数 原 5- 55 设计参数:流量为 20000m3/h;全压 为 2500Pa;转速为 1450r/min;工作温度为 20℃; 弧前盘;叶片数为 16;等当量扩张角型线。 2.2 5- 55 弧前盘与锥前盘风机性能对比 对 5- 55 风机叶轮前盘按照弧前盘进行建模 计算,并且对其进行优化,在最优参数的基础 上,得到弧前盘在不同工况下的性能曲线。再按 照进风口准则,将风机前盘由弧前盘改为锥前 盘进行建模计算,得到同样参数下锥前盘的雏 形(此时锥前盘尚未优化)在不同工况下的性能 曲线,优化后的弧前盘与锥前盘雏形的性能曲 线见图 2。


在图 2 中, parc 和 ηarc 分别表示最优弧前盘的 全压和效率, ptaper 和 ηtaper 分别表示锥前盘雏形的 全压和效率。由图 2 可知,在全压方面,两者的 最大全压值均出现在流量为 19000m3/h 时,此时 最优弧前盘全压为 2512.6Pa,锥前盘雏形为 2470.1Pa, 前 者 比 后 者 高 1.72% 。 小 流 量 18000m3/h 时,前者比后者低 0.66%,而大流量 20000m3/h 、21000m3/h 和 22000m3/h 时前者比后 者分别高 1.44%、1.71%和 2.02%;在效率方面,两 者的最大效率值均在流量为 19000m3/h 时,此时 最优弧前盘效率为 85.71%,锥前盘雏形为 85.55% ,前 者 比 后 者 高 0.16% 。 当 流 量 为18000m3/h 时,前者比后者低 0.80%,其它流量处 两者效率差不多。 为了比较两种形状叶轮前盘均在最优情况 下的性能,所以对锥前盘雏形也进行了优化,见 图 3。


图 3 中, parc 和 ηarc 分别表示最优弧前盘的全 压和效率, pdesign 和 ηdesign 分别表示最优锥前盘的 全压和效率。由图 3 可以看出,优化后的锥前盘 在全压和效率方面均有所提升。在全压方面,两 者的最大全压值均出现在流量为 19000m3/h 时, 此时最优弧前盘全压为 2512.6Pa,最优锥前盘为 2537.7Pa,前者比后者低 0.99%。小流量时,前者 比后者高 2.26%,而大流量时前者均比后者低, 最小值为 1.69%,最大值为 2.25%;在效率方面, 前者的最大效率值出现在流量 19000m3/h 时,此 时效率为 85.71%。而后者的最大效率值出现在 设计流量 20000m3/h 处,此时效率为 87.01%,高 1.3%。小流量时,前者比后者高 1.15%,而在大流 量时,后者效率有明显的提高,其效率值均比前 者高,最小为 0.94%,最大为 2.24%。 对于 5- 55 风机,从整体看,两者全压和效率 性能比较接近,设计工况效率都很高,变工况性 能也好。在小流量时,弧前盘性能要好些,而锥 前盘则更适合于大流量时使用。 3 5-49- 8 风机性能数值预估对比 3.1 5- 49 基本设计参数 原 5- 49 的 设 计 参 数 : 设 计 流 量 为 15800m3/h;全压为 2550Pa;转速为 1450r/min;工 作温度为 20℃;弧前盘;叶片数为 16;等当量扩 张角型线。

3.2   5-49 弧前盘与锥前盘风机性能对比 对风机 5- 49 按照同样的方法得到弧前盘与 锥前盘雏形在不同工况下的性能曲线,见图 4。


由图 4 可知,在全压方面,两者的最大全压 值均出现在流量为 15200m3/h 时,此时最优弧前 盘全压为 2659Pa,锥前盘雏形为 2619.2Pa,前者 比后者高 1.52%。随着流量增大,两者的全压均 逐渐下降,但弧前盘全压均比锥前盘雏形高,最 大为 2.22%,最小为 1.67%;在效率方面,两者的 最大效率值均出现在流量为 16400m3/h 时,此时 最优弧前盘效率为 87.56%,锥前盘雏形为 86.49%,前者比后者高 1.07%,从整体看,弧前盘 均比锥前盘效率高,最大为 1.10%,最小为 0.99%,两者全压和效率的变化趋势一致。 同样对锥前盘雏形也进行了优化,图 5 为两 者均在最优参数下的工况性能曲线比较。 由图 5 可知,优化后的锥前盘在大流量时, 全压和效率方面均有所提升,效率比较接近,但 全压还是不及弧前盘。锥前盘的最大全压在设 计流量 15800m3/h 时,此时全压为 2604Pa,比弧 前盘同流量时的全压 2634Pa 低 1.15%。小流量 时,其全压比弧前盘低 8.71%,而大流量时也均 比弧前盘低,最大为 1.06%,最小为 0.81%。在效 率方面,锥前盘的最大效率值出现在流量为 17000m3/h 时,此时效率为 87.42%,比同流量时 弧前盘的效率高 0.03%。小流量时,弧前盘效率 比锥前盘高 3.97%,但此时为小流量,计算不够 稳定,存在读数误差,而在大流量时,后者效率 有明显的提高,并且在流量为 18000m3/h 处,后 者比前者高 0.30%。 对于 5- 49 风机,从整体看两者效率性能比 较接近,设计效率都很高,变工况性能也好,但全压性能弧前盘比锥前盘普遍高 1%左右。


4  7-22- 8 风机性能数值预估对比
4.1 7- 22 基本设计参数 7- 22 的设计参数:设计流量为 4200m3/h,全 压为 3040Pa,转速为 1450r/min;工作温度为 20℃;弧前盘叶片数为 16;等当量扩张角型线。 4.2 7- 22 弧前盘与锥前盘风机性能对比 对风机 7- 22 弧前盘进行建模计算,得到最 优参数下不同工况的性能曲线。再将风机前盘改 为锥前盘进行建模计算,得到同样参数下锥前盘 雏形在不同工况下的性能曲线,见图 6。

由图 6 可知,在全压方面,两者的最大全压 值均出现在流量为 3500m3/h 时,此时最优弧前 盘全压为 3082.5Pa,锥前盘雏形为 3087.2Pa,前 者比后者低 0.15%,整体看,弧前盘全压均比锥 前盘雏形低,最大为 0.63%,最小为 0.03%;在效 率方面,弧前盘与锥前盘的最大效率值均出现在 4900m3/h 处,此时弧前盘的效率为 86.91%,锥前 盘效率为 86.69%,前者比后者高 0.22%,当流量 为 4200m3/h 时,前者比后者效率低 0.44%,其余流量条件下,前者效率都比后者高,最大为 0.77%,最小为 0.04%,从整体看,两者全压和效 率变化趋势一致,相差不大,性能很好。 同样对锥前盘雏形也进行了优化,图 7 为两 者均在最优参数下的工况性能曲线比较。从图 7 可知,在全压方面,在设计流量 4200m3/h 时,锥 前盘全压比弧前盘高 1.14%,小流量区均高 1% 左右,在大流量区弧前盘全压比锥前盘好,最大 也高 1%;在效率方面,锥前盘的最大效率 86.76%出现在流量 4200m3/h 时,比同流量时的 弧前盘效 率的 85.75% 高 1.01% ,但后者 在 4900m3/h 时,也有 86.91%效率,大流量区的效率 性能弧前盘稍好,小流量区锥前盘稍好。

对于 7- 22 风机,从整体看两者效率和全压 性能均好,最高效率值均接近 87%,但对应的流 量点位置不同,小流量时锥前盘的全压和效率 均稍高于弧前盘,但大流量时,则刚好相反,两 者全压和效率的差别均在 1%左右。

5 结论 本文将 3 个弧前盘等当量扩张角流型叶片的 离心通风机,在保持其整机相同时,把弧前盘改为 锥前盘,叶片型线也采用等当量扩张角流型重新 设计成新的锥前盘雏形风机。通过对比修改前后 的风机性能,发现经过性能数值优化的锥前盘风 机,很可能具有同弧前盘相同的高性能,而且锥前 盘加工方便,成本低,建议在设计时尽量采用。

 

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